Inelastic deformation behavior of metals and alloys is considered rate dependent. Uniaxial ratcheting experiments performed by Ruggles and Krempl, and Hassan and Kyriakides exhibited that higher mean stress for a fixed stress amplitude resulted in higher ratchet strain within a rate independent framework and higher stress rate resulted in lower ratchet strain, respectively. These phenomena are qualitatively investigated by numerical experiments through unified viscoplasticity theory. The theory does not separate rate-independent plasticity and rate-dependent creep, and thus uses only one inelastic strain to describe inelastic deformation processes with the concept of the yield surface. The growth law for the kinematic stress, which is a tensor valued state variable of the constitutive equations, is modified to predict the linear evolution of long-term ratchet strain.
This paper addresses a viscoplastic constitutive model that allows a consistent way of modeling positive and negative rate sensitivities of flow stress concerned with dynamic strain aging. Based on the concept of continuum mechanics, a phenomenological constitutive model includes the use of a yield surface within the framework of unified viscoplasticity theory. To model negative rate sensitivity, rate-dependent back stress is introduced and flow stress in fully developed inelastic deformation regime is thus decomposed into the plastic contribution of rate independency and the viscous one of rate dependency.
Solid polymers exhibit rate-dependent deformation behavior such as nonlinear strain rate sensitivity and stress relaxation like metallic materials. Despite the different microstructures of polymeric and metallic materials, they have common properties with respect to inelastic deformation. Unlike most metallic materials, solid polymers and shape memory alloys (SMAs) exhibit highly nonlinear stress-strain behavior upon unloading. The present work employs the viscoplasticity theory [K. Ho, 2011, Trans. Mater. Process. 20, 350-356] developed for the pseudoelastic behavior of SMAs, which is based on unified state variable theory for the rate-dependent inelastic deformation behavior of typical metallic materials, to depict the curved unloading behavior of polyphenylene oxide (PPO). The constitutive equations are characterized by the evolution laws of two state variables that are related to the elastic modulus and the back stress. The simulation results are compared with the experimental data obtained by Krempl and Khan [2003, Int. J. Plasticity 19, 1069-1095].
Proceedings of the Korean Geotechical Society Conference
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2001.03a
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pp.239-244
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2001
Natural clayey soils or improved grounds are in a overconsolidated conditions due to changes in vertical stress and pore pressures, desiccation, ageing and so on. These grounds show inelastic stress-strain behaviour characteristics within all range of strain except very small strain (${\gamma}$$\_$s/$\leq$10 ̄$^3$∼10 ̄$^4$%) when construction, such as excavations and retaining walls, is performed. Also it strongly depends on loading rate of current stress path and recent stress path. This study carried out drained stress path tests by varying loading rate of current and recent stress path. Test results indicated that stress-strain behaviour of overconsolidated clay depends on loading rate, especially loading rate of current stress path.
Numerous experimental investigations on metallic materials and solid polymers have shown that relaxation behavior is nonlinearly dependent on prior strain rate. The stress drops in a constant time interval nonlinearly increase with an increase of prior strain rate. And the relaxed stress associated with the fastest prior strain rate has the smallest stress magnitude at the end of relaxation periods. This paper deals with the performance of three classes of unified constitutive models in predicting the characteristic behaviors of relaxation. The three classes of models are categorized by a rate sensitivity of kinematic hardening rule. The first class uses rate-independent kinematic hardening rule that includes the competing effect of strain hardening and dynamic recovery. In the second class, a stress rate term is incorporated into the rate-independent kinematic hardening rule. The final one uses a rate-dependent format of kinematic hardening rule.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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v.18
no.4
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pp.1009-1018
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1994
An attempt is made to develop a kind of hybrid numerical method for computations of the thermal stresses during a solidification process. In this algorithm, the phase-change heat transfer analysis is perrformed by a finite volume method(FVM) and the thermal stress analysis in a solidifying body by a finite element method(FEM). The temperatures at the grid points calculated in the heat transfer analysis are transferred to those of gauss points in elements by a bi-cubic surface patch technique for the thermal stress analysis. A hyperbolic-sine constitutive law is used to prescribe the inelastic strain rate of material. Results for the unidirectional solidification process of a pure aluminum are compared with those of others and shows good agreement.
The inelastic behavior of a reinforced concrete columns is influenced by a number of factors : 1) level of axial load, 2) tie spacing, 3) volumetric ratio of lateral steel, 4) concrete strength, 5) distribution of longitudinal steel, 6) strength of lateral steel, 7) cover thickness, 8) configuration of lateral steel, 9) strain gradient, 10) strain rate, 11) the effectively confined concrete core area, and 12) amount of longitudinal steel. A new constitutive model of a confined concrete is suggested in order to investigate the nonlinear behavior of the reinforced concrete columns under concentric loading. The developed constitutive model for the confined concrete takes into account the effects of effectively confined area as well as the horizontal and longitudinal distributions of the confining pressures. None of the existing models incorporated these two main effects at the same time. A total of different six constitutive models for the behavior of the confined concrete under concentric compression were compared with the sixty-one test results reported by different researchers. The superiority of the developed model in its accuracy is demonstrated by evaluating the error function, which compares the weighted averages for the sum of squared relative differences in peak compressive strength and corresponding strain, stress at strain equal to 0.015, and total area under stress-strain curve up to strain equal to 0.015.
Uniaxial displacement controlled tests were performed on annealed Type 304 stainless steel at room temperature. A servo-controlled testing machine and strain measurement on the gage length were employed to measure the response to a given input. The test results exhibit that the flow stress increases nonlinearly with the strain rate and the relaxed stress at the end of the relaxation periods depends strongly on the strain rate preceding the relaxation test. The rate-dependent inelastic deformation behavior is simulated using a new unified viscoplasticity model that has the rate-dependent format of nonlinear kinematic hardening rule, which plays a key role in modeling the rate dependence of relaxation behavior. The model does not employ yield or loading/unloading criteria and consists of a flow law and the evolution laws of two tensor and one scalar-valued state variables.
In the present study, the mechanical behavior of the spray-formed high speed steel was investigated employing the internal variable theory of inelastic deformation. Special attention was focused on the effect of the microstructure evolution during the hot working process, such as the distribution of carbides to provide a basic database for the production condition of high speed steels with excellent properties. The billets of high speed steel ASP30TM were fabricated by a spray forming, and the subsequently hot-rolled and heat-treated process to obtain uniformly distributed carbide structure. As noted the spray-formed high speed steel showed relatively coarser carbides than hot-rolled and heat-treated one with fine and uniformly distributed carbide structure. The step strain rate tests and high temperature tensile tests were carried out on both the spray-formed and the hot-rolled specimens, to elucidate their high temperature deformation behavior. The spray-formed high speed steel showed much higher flow stress and lower elongation than the hot-rolled and heat-treated steel. During the tensile test at $900^{\circ}C$, the interruption of the deformation for 100 seconds was conducted to reveal that the recovery was a main dynamic deformation mechanism of spray formed high speed steel. The internal variable theory of the inelastic deformation was used to analyze data from the step strain rate tests, revealing that the activation energies for hot deformation of as-spray-formed and hot-worked steels, which were 157.1 and 278.9 kJ/mol, and which were corresponding to the dislocation core and lattice diffusions of ${\gamma}-Fe$, respectively.
Responding to the threat of terrorist attacks around the world, numerous studies have been conducted to search for new methods of vulnerability assessment and protective technologies for critical infrastructure under extreme bomb blasts or high velocity impacts. In this paper, a two-dimensional behavioral rate dependent lattice model (RDLM) capable of analyzing reinforced concrete members subjected to blast and impact loading is presented. The model inherently takes into account several major influencing factors: the progressive cracking of concrete in tension, the inelastic response in compression, the yielding of reinforcing steel, and strain rate sensitivity of both concrete and steel. A computer code using the explicit algorithm was developed based on the proposed lattice model. The explicit code along with the proposed numerical model was validated using experimental test results from the Woomera blast trial.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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